核磁共振技術(shù)對敦煌壁畫起到的保護作用及其研究價值

呂潔勤（福建中醫(yī)藥大學(xué)，福建 福州 350122）

1.前言

敦煌壁畫泛指在敦煌石窟中的壁畫，它是敦煌藝術(shù)的主要組成部分，其規(guī)模巨大，內(nèi)容豐富多彩，以精湛的技藝，高超的表現(xiàn)手法展現(xiàn)出工匠們巧奪天工的手藝。敦煌佛教藝術(shù)始于公元365年，終于1368年，延綿了整整一千多年。印度佛教藝術(shù)經(jīng)中亞傳至敦煌，南朝漢化的佛教藝術(shù)也沿著“絲綢之路”傳至敦煌，中西方文化在此交融，逐步形成敦煌壯美的敦煌壁畫。敦煌壁畫是中華民族古老文明的象征，是人類文化中的一大瑰寶。它所展現(xiàn)的佛教藝術(shù)是東傳佛教在成熟的封建文化下的特有產(chǎn)物，也是傳統(tǒng)民族文化與外來文化交匯融合而產(chǎn)生的新產(chǎn)物。它不僅對中國佛教文化藝術(shù)作出了巨大的貢獻，也對世界佛教文化藝術(shù)產(chǎn)生了深遠的影響。

2.核磁共振（MRS）技術(shù)的基本原理

核磁共振主要是由原子核的自旋運動引起的。不同的原子核，其自旋運動也不相同。核磁共振技術(shù)的唯一條件是所研究的物質(zhì)其原子核的磁矩不為零。通常只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核，其核磁共振信號能夠被人們利用，能被人們應(yīng)用的原子核有、、、、、等，其中最經(jīng)常運用的是和。當(dāng)攜帶有電荷的原子核發(fā)生自旋時，會產(chǎn)生一個磁矩，此磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，其大小與原子核的自旋角動量成正比。當(dāng)加入外加磁場后，原子核磁矩會繞著外加磁場方向進行運動，此運動類似于陀螺的旋轉(zhuǎn)過程，稱之為進動。原子核的進動頻率由外加的磁場強度和原子核本身的性質(zhì)所決定，當(dāng)在一定強度的外加磁場中，對于某一特定的原子核，其自旋頻率是相同的，對于不同的原子核，它們的自旋頻率就不相同。

那我們該如何產(chǎn)生核磁共振信號呢？當(dāng)原子核在外加磁場中接受其他能量（此能量通常以頻率的方式來表示）的輸入時，會產(chǎn)生能級的躍遷。當(dāng)外加射頻場的頻率和原子核自旋的進動頻率相同時，射頻場的能量才能有效的被原子核吸收，使原子核發(fā)生能級的躍遷。因此，對于某種特定的原子核，在一定的強度外加磁場中，只吸收某一特定頻率（此頻率稱為拉莫頻率）射頻場提供的能量，因此形成了核磁共振信號。當(dāng)停止外加射頻場頻率的供應(yīng)后，氫原子核就會釋放能量，回到最初的能級狀態(tài)（即基態(tài)）。

3.核磁共振技術(shù)對敦煌壁畫的保護作用

敦煌壁畫位于敦煌盆地南緣，地處河西走廊，其所在環(huán)境氣候干燥，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前敦煌壁畫所面臨的問題中，除了難以改變的環(huán)境因素外，還有日益增長的游客數(shù)量，隨著敦煌壁畫的聲名遠揚，越來越多的人們都慕名而來，據(jù)資料統(tǒng)計，每年7、8、9月及“十一”黃金周 ，敦煌壁畫景點接待游客日均人次5000，為了保護敦煌壁畫，有關(guān)部門對參觀活動進行了嚴格的限制，單日最大游客承載量控制在6000人次，但即便如此，景區(qū)的門票還是供不應(yīng)求，常常一個月前，景區(qū)的門票就被提前售罄。人數(shù)的增多，相對而言會帶來了較多的濕氣，這會破壞了窯洞里面的環(huán)境平衡。同時，由于窯洞數(shù)量多，分布廣，因此對窯洞的監(jiān)測和管理就更加困難。

在水中主要的原子為氫原子，因此我們可以利用產(chǎn)生的共振來監(jiān)測窯洞中水的含量。水中氫原子核具有順磁性，它的磁矩不為零，并且在窯洞的石壁中，氫原子核的豐度最高、磁旋比最大。在穩(wěn)定的地磁場作用下，我們施加具有拉莫頻率的外加磁場，使氫原子核產(chǎn)生能級的躍遷，產(chǎn)生核磁共振。

在2002年，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）核磁共振科研組曾利用核磁共振技術(shù)對秦始皇陵有無滲水進行勘察，其效果顯著。在對敦煌壁畫的水含量偵測中，我們也可以借鑒此法。在窯洞中鋪上線圈（此線圈同時具有發(fā)射作用和接收作用），并提供頻率等于拉莫頻率的交變電流脈沖，在交變電流形成的交變磁場的激發(fā)下，使窯洞中水的氫原子核形成宏觀磁矩，在地磁場的作用下，產(chǎn)生進動，在停止激發(fā)電流的供應(yīng)后，利用接收線圈，來接收氫原子核產(chǎn)生的共振信號。通過接收的氫原子核共振信號的強弱，來判斷水含量的多少，其中，共振信號的大小和水的含量成正比。

借由核磁共振技術(shù)，我們就可以探測出窯洞中水含量的多少，倘若窯洞中的水含量超出或少于正常范圍后，可以及時被偵測到，以便于采取措施，維持窯洞中正常的濕度，給壁畫提供一個良好的環(huán)境，減少它的損壞。

4.核磁共振成像技術(shù)對敦煌壁畫的研究的輔助作用

眾所周知，敦煌壁畫色彩絢麗，人物栩栩如生，壁畫是由多彩斑斕的顏色經(jīng)過工匠之手而形成。那么對壁畫中顏料的研究，則是對敦煌藝術(shù)價值研究中必不可少的環(huán)節(jié)，通過對顏料的成分研究，可以幫助我們破解這一長串的文化密碼，甚至通過顏料這一樞紐，映射古代敦煌地區(qū)的商品交流，可以讓我們了解古代中西文化的交流狀況。如果我們能夠完全清楚敦煌壁畫中，每一幅畫上，甚至每一條線段所使用的顏料成分，那么這對敦煌壁畫的修復(fù)工作具有極大的意義，我們就可以盡最大的可能來復(fù)原壁畫。

敦煌壁畫的顏料可分為：無機顏料、有機顏料和非顏料物質(zhì)三類。在古代，為了制作某種顏料，工匠們常常需要到處挑選材料，經(jīng)過磨粉等過程，才可以用于繪畫。如何還原這些材料，首先就要了解它們的“身份”，我們可以通過核磁共振技術(shù)來揭開它的真實面目。

核磁共振技術(shù)被稱為“化學(xué)家的第四只眼睛”，前面已經(jīng)和大家敘訴了核磁共振技術(shù)的原理，現(xiàn)在，我向大家介紹核磁共振技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的作用時，要提到一個名詞——核磁共振波譜。核磁共振波譜是將核磁共振現(xiàn)象應(yīng)用于測定分子結(jié)構(gòu)的一種譜學(xué)技術(shù)，當(dāng)具有核磁性的原子核，在高強度磁場的作用下，吸收射頻輻射，引起核自旋能級的躍遷所產(chǎn)生的波譜。

核磁共振波譜已經(jīng)從一維譜發(fā)展到了四維譜，通過核磁共振波譜我們可以得到物質(zhì)的化學(xué)位移和偶合常數(shù)，這兩個常數(shù)與化合物的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，同時，通過核磁共振波譜可以計算核的弛豫時間，這對研究化合物的立體構(gòu)象和運動性質(zhì)有著重要的作用。

核磁共振在有機化學(xué)的結(jié)構(gòu)研究中，是現(xiàn)今應(yīng)用得最多最廣的領(lǐng)域之一。目前已經(jīng)積累了大量已知化合物的化學(xué)位移數(shù)據(jù)，只要通過測定化合物的譜和譜，便可快速的確定化合物的結(jié)構(gòu)，就可知道化合物是由何種成分構(gòu)成，從而明確知道化合物為何種物質(zhì)。核磁共振雖然在無機化學(xué)的應(yīng)用相對較少，但對目前已知具有共振現(xiàn)象的核都進行過研究。所以，相對而言，核磁共振技術(shù)是現(xiàn)今對化學(xué)物質(zhì)的分析中最常用，最準確的方法之一了。

利用核磁共振技術(shù)分析出構(gòu)成顏料的物質(zhì)，通過這些物質(zhì)，我們可以重新還原出沉淀千年的顏料，重新在壁畫上染上那遠古的韻味，讓壁畫的生命重?zé)ü獠?，如那涓涓細流般源遠流長。

5.結(jié)語

科技的發(fā)展不當(dāng)當(dāng)只是用來服務(wù)于社會、服務(wù)于人類，在對于我們文化瑰寶的搶救中，科技的作用顯得更加重要。核磁共振技術(shù)最被人們熟知的應(yīng)用是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，核磁共振技術(shù)能幫助醫(yī)生更加明確的診斷出病灶。但我們要明白的是，技術(shù)并不僅僅局限于一方面的作用。核磁共振技術(shù)可以測量水的含量，以此判斷壁畫所處的環(huán)境是否合適；核磁共振技術(shù)也可以分析顏料的成分，從而對壁畫起到保護和修復(fù)作用。雖然核磁共振技術(shù)并非是對敦煌壁畫的保護及研究中起唯一作用的方法，現(xiàn)今，有越來越多的科技應(yīng)用在敦煌壁畫的研究中，核磁共振技術(shù)只是提供一種方法，或者可以說是一種新的思路，來研究敦煌壁畫。核磁共振技術(shù)不僅僅是在這兩方面對敦煌壁畫起作用，它還會有其他重要的作用，正在等我們?nèi)ヌ接懞桶l(fā)現(xiàn)。